半潜式海洋石油钻井平台及主动游车升沉补偿系统研究.docx

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1、东北石油大学本科生毕业设计论文摘 要海洋石油钻井平台是勘探开发深海油气资源的关键装备。本文对半潜式钻井平台的组成构造、定位原理进展了分析，重点对主动游车升沉补偿系统进展了争论。半潜式海洋平台主要由上层平台、沉垫(浮箱)、立柱和撑杆等局部组成。其中上层平台的主甲板主要配置包括井架、绞车、顶驱、转盘等钻井模块。给出了500m 水深半潜式平台的锚泊定位模式并得出了半潜型平台锚泊定位力量与负载的关系曲线。对动力定位系统的组成进展了肯定的分析。本文利用钻具最大组合确定钩载，由钩载对补偿缸的构造尺寸进展设计计算，并对活塞杆的稳定性 Pcr进展了校核。针对主动升沉补偿系统的掌握参数进展了液压回路的设计，具体

2、的给出了液压掌握回路中的的压强 P ，流量 Q，油管内径npmaxd 等参数，对主动游车升沉补偿系统的设计具有肯定的理论指导意义。p关键词：半潜；钻井平台；主动补偿；钻井模块；锚泊定位AbstractThe offshore oil drilling platform is one of the key equipment for deep-sea oil and gas exploration and development.In this paper, structure of semi-submersible drilling platform and positioning princ

3、iple is analysed, focus on the active heave compensation system of traveling block. Semi-submersible offshore platform consists of upper platform, mat (pontoon),columns, struts and other components. The main deck of the upper platform is equipped with derrick, drawworks, top drive system, rotary and

4、 other drilling modules. This study include: 500m depth anchored semi-submersible platform positioning mode and load curve and mooring location capability of a semi-submersible platform, composition anslysis of dynamic positioning system.In this paper, hook load is determined by the maximum bottom h

5、ole assembly. Thestructure and size of compensation cylinder is determined by the hook load. And the stability of the piston rod Pcr was checked. For the control parameters of the active heave compensation system, the hydraulic circuit is designed and presented in detail; data as pressure Pn, traffi

6、c Qpmax, tubing inside diameter dp and other parameters arelisted. This study has theoretical significance for design of the active traveling block.Keywords:Semi-submersible;drillingplatform;ActiveCompensation;Drilling Module;anchor moored positioning目 录第 1 章 绪论11.1 海洋油气资源现状11.2 石油开采由陆地转向海洋11.3 海洋石油

7、钻井平台简介21.4 半潜式钻井平台进展概况41.5 世界级深水钻井平台海洋石油9819第 2 章 平台稳定性及定位原理分析122.1 平台稳定性分析122.2 平台定位15第 3 章 深海半潜式钻井平台钻井包313.1 起升系统设备313.2 旋转系统设备373.3 循环系统设备463.4 深水钻井防喷器组49第 4 章主动式游车升沉补偿系统534.1 升沉补偿系统简介534.2 主动游车升沉补偿系统工作原理554.3 主动升沉补偿系统设计参数选取及计算594.4 主动游车升沉补偿系统掌握68结论74参考文献75致 谢77I东北石油大学本科生毕业设计论文第 1 章 绪论1.1 海洋油气资源现

8、状1-4世界海洋石油资源量占全球石油资源总量的 34%，全球海洋石油隐藏量约 1000亿吨，其中已探明储量约为 380 亿吨。全球范围内，海上油气资源有 44%分布在300m 以上的深水域，已于深水区觉察了 33 个储量超过七千万吨的大型油气田。墨西哥湾、北海、北非、巴西以及南中国海疆，都是开发海洋石油资源的重要活动场所。海洋深度的平均值却高达 3730m，全世界海洋深度在 0-200m 的大陆架仅占7.49%的海洋面积，200-1000m 的占 4.42%， 1-3km 的占 12.88%， 而水深在 6km 以上的也仅占 1.38%，3-6km 的占海洋面积 73.83%。深水海疆石油勘探

9、开发的界定是以水深为依据，据 2023 年在巴西召开的世界石油大会规定，油气勘探开发水深的界定是 400m 以内为常规水深； 400-1500m 为深水，超过 1500m 为超深水(Ultra-Deep Water，简称 UDW)。近年来，全球的海洋石油呈现向深水进展的趋势， 自上世纪 80 年月以来，全球已有 100 多个国家在进展海上石油勘探，其中有近 60 个国家在乐观从事深水和超深水油气勘探开发，开展了一系列的深水油气勘探开发重大争论打算，如美国的 DeepStar 打算、欧洲的海神打算、挪威的 DEMO2023、巴西的 PROCAP1000 和 PROCAP2023 打算等，已经实现

10、 3 km 深水勘探开发技术的突破。据统计，在 2023 年到 2023 年期间，全世界投入的海洋油气田开发工程将有 434 个之多，其中水深大于 500m 的深水工程占 48% 可以看出，随着科学技术的进步和人类对海洋石油资源认知水平的不断提高，海上石油勘探开发已从常规水深向深水和超深水进展，深水油气田的开发正在成为世界石油工业的主要增长点和世界科技创的热点。1.2 石油开采由陆地转向海洋2-4石油能源问题已经成为关系国计民生的重大议题。国家发改委有关人士表示，2023 年我国的石油消费量将到达 4.5 亿吨，高于 2023 年 4 亿吨的年消费量。有数据说明，我国原油消费年均消费自 202

11、3 年以来每年增速都超过 8% 。2023 年， 我国石油消费到达 2.74 亿吨，超过日本，成为仅次于美国的世界其次大石油消费国。估量到 2023 年改数字将到达 6 亿吨左右。与消费的增加相反，国内石油的生产增速却相对缓慢。据国土资源部资料显示，近年来的我国石油产量增幅维持在11.5-2%。石油消费的快速增加与产量增速的相对滞后使我国的石油对外依存度也在加大。在 1996 年之前，我国还是一个石油净出口国，但 2023 年的石油进口依存度已接近 50%。伴随进口依存度不断上升的是油价上涨。2023 年时， 国际油价还处在 25 美元/桶左右，到了 2023 年，油价已到达 65 美元/桶，

12、平均每年的增幅在 10 美元上下。2023 年下半年的油价甚至接近过 100 美元/桶。巨额的消费量和处于高位运行的油价给石油资源的勘探开发带来了严峻的挑战。我国陆上含油气盆地主力油田大局部已有 30 多年的开采历史，多数油田原油采出程度高达 70%，进一步扩大产量的空间格外有限。占地球面积 71%的海洋渐渐成为油气资源开发的重要战场。据估量，海底石油储量约为 1350 亿吨，占世界总储量的 2/3；自然气储量约 140 万亿立方米，约占世界总储量的 30%，而且的油气田还在不断地觉察中。因此，海洋丰富的油气储量以及陆上油气资源的日益枯竭和世界能源危机的渐渐加剧，使得将来世界油气需求的增长将在

13、越来越大的程度上由海上开采来满足。目前，世界上已探明的海洋石油储量 80%以上在水深 500m 以内，而全部海洋面积中 90%以上的水深在 200m 至 6000m 之间，大量的海疆面积还有待探明。由于浅海和中等深度海疆(500m 以内)的海洋石油开发技术已经日趋成熟和完善，以及当今世界大局部地区的浅海油气资源已日趋削减，因而深海和超深海500-3000m)油气的开发越来越成为海洋开发的热点和必定趋势。据国外权威机构推测，将来世界油气总储量的 44%将来自海洋的深水区。我国是沿海国家，拥有漫长的海岸线以及 300 多万平方公里的宽广海疆，蕴藏着丰富的海底油气资源，其中尤以海疆面积最大的南海为最

14、。经初步估量，南海的石油地质储量石油为 1050 亿桶，自然气 2023 万亿立方米，属世界四大海洋油气聚拢中心之一，且大都以深水油气田为主。其中最有潜力的含油气盆地为曾母暗沙盆地、万安盆地、南徽盆地和东纳土纳盆地等。我国在南海深水石油勘探领域根本上还处于空白状态，而东南亚的其他国家越南、菲律宾等已经开头蚕食我国南海的海洋油气资源，为了保卫我国的资源，进展深海钻井装备已经刻不容缓。1.3 海洋石油钻井平台简介海洋平台是一种海洋工程构造物，它为开发和利用海洋资源供给了海上作业与生活的场所2。随着海洋开发事业的快速进展，海洋平台得到了广泛的应用，如海底石油和自然气的勘探与开发、海底管线铺设、海洋波

15、浪能的利用、建筑海上机场及海上工厂等。目前应用海洋平台最为广泛的领域当属海上油气资源的勘探与开发。这种平台已经进展成了多种类型，并且每种类型都经受了几代的改进与进展，现在已越来越适应于海上油气资源的勘探与开发。用于海上油气资源勘探与开发的海洋平台按功能划分主要分为钻井平台和生产平台两大类，在钻井平台上设有钻井设备，在生产平台上则设有采油设备。假设按构造型式及其特点来划分， 海洋平台大致可分为三大类：固定式平台、移动式平台和顺应式平台。下面分别 介绍一下这三类平台。1.3.1 顺应式平台5，6顺应式平台是一种适于深海作业的海洋平台，它在波浪作用下会产生水平位移。顺应式平台又可分为张力腿式平台和牵

16、索塔式平台两个类别 。张力腿式平台的上部类似于半潜式平台，整个平合是通过张力腿(实为系泊钢管或钢索)垂直向下固定于海底，它是一种开发的深海平台，与导管架平台相比， 导管架平台的造价与水深关系大致呈指数关系增加，而张力腿式平台的造价则随水深的增加变化较小。此外，由于每个张力腿都有很大的预张力，因此张力腿式平台在波浪中的运动幅度远小于半潜式平台；牵索塔式平台由甲板、塔体和牵索系统三局部组成。塔体是一个类似于导管架的空间钢架构造，牵索则围围着塔体对称布置，牵索系统可以吸取由外力产生的能量以保证塔体的运动幅度在规定的范围内。1.3.2 固定式平台固定式平台靠打桩或自身重量固定于海底，目前用于海上石油生

17、产阶段的大多数是固定式平台，它又可分为桩式平台和重力式平台两个类别。桩式平台通过打桩的方法固定于海底，其中的钢质导管架平台是目前海上使用最广泛的一种平台；而重力式平台则是依靠自身重量直接置于海底，这种平台的底部通常是一个巨大的混凝土根底(沉箱)，由三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板构造。1.3.3 移动式平台移动式平台是一种装备有钻井设备，并能从一个井位移到另一个井位的平台， 它可用于海上石油的钻探或生产。移动式平台可分为坐底式平台、自升式平台、钻井船和半潜式平台四个类别。坐底式平台一般用于水深较浅的海疆，工作水深通常在 60m 以内；自升式平台具有能垂直升降的桩腿，钻井时桩腿着底，平台则沿

18、桩腿升离海面肯定高度，移位时平台降至水面，桩腿升起，平台就像驳船可由拖轮把它拖移到的井位。自升式平台的优点主要是所需钢材少，造价低，在各种状况下都能平稳地进展钻井作业，缺点是桩腿长度有限，使它的工作水深受到限制，最大的工作水深约在 120m 左右；钻井船是在船中心设有井孔和井架，它靠锚泊系统或动力定位装置定位于井位上。它漂移于水面作业，能适应更大的水深，同时它的移动性能最好，便于自航。但由于它在波浪上的运动响应大，稍有风浪就会引起很大的运动，使钻井作业无法再进展下去，风浪更大时船还得离开井位，这是钻井船得不到大进展的主要缘由。半潜式平台是由坐底式平台演化而来的，它上有平台甲板，在水面以上不受波

19、浪侵袭，下有浮体，沉于水面以下以减小波浪的扰动力，连接于其间的是水线面的立柱。由于半潜式平台具有小的水线面面积，使整个平台在波浪中的运动响应较小，因而它具有精彩的深海钻井的工作性能。半潜式平台可用锚泊定位和动力定位，锚泊定位的半潜式平台一般适用于 200500m 水深的海疆。而动力定位则适用于深水水域500m 以上。1.4 半潜式钻井平台进展概况适用于深海钻井的主要是两种浮式钻井装置半潜式钻井平台和钻井船。7-9其中半潜式平台(Semi-submersible Platform)具有可移性好、抗风浪力量强、工作水深范围广、甲板空间大、储存力量大、可变载荷高等一系列优点，是用于深水和超深水较多的

20、钻井平台。1.4.1 半潜式钻井平台构造组成半潜式平台主要构造由三大局部组成：上层平台，沉垫(浮箱)，立柱和撑杆。上层平台布置着全部钻井机械、平台操作设备、物资贮备和生活设施，承受的甲板载荷常在 3000-6000 吨之间，目前的第六代半潜式平台甲板载荷一般在 9000 吨左右。一般上层平台为水密性或具有肯定的水密性的空间箱形构造，依据布置和使用要求可分为假设干层，如主甲板、中间甲板、下甲板等。矩形半潜式平台多承受沉垫构造，由假设干个纵横隔舱组成，以保证其构造的水密性和强度。在这些分舱中放置机械设备、推动器、油水舱和压载水舱，以保证沉垫潜浮作业的进展。立柱一般由外壳板、垂向扶强材、水平桁材、水

21、密平台、非水密平台、水密通道围壁和水密舱所组成。立柱一方面与撑杆一起将上层平台支撑在沉垫 (浮箱)上， 另一方面在平台处于半潜状态时供给肯定的水线面，使平台获得稳定性。撑杆构造的作用是把上层平台、立柱和沉垫三者联结成一个空间刚架构造，同时有效地将上部载荷传递到平台的主要构造上(立柱、沉垫)，并将由于风、浪等载荷和其它受力状态(如拖航、沉浮过程)所产生的不平衡力进展有效的再分布1，2。现代深水半潜式钻井平台工作平台一般呈矩形，由二个沉垫浮箱，四至八3个立柱，矩形上层平台以及假设干撑杆所组成 。图 1-1 所示为典型的四立柱型深水半潜式钻井平台，图 1-2 所示为典型的六立柱型深水半潜式钻井平台。

22、东北石油大学本科生毕业设计论文图 1-1 典型的四立柱型深水半潜式钻井平台图 1-2 典型的六立柱型深水半潜式钻井平台5东北石油大学本科生毕业设计论文1.4.2 半潜式钻井平台技术水平半潜式钻井平台从坐底式平台演化而来，1962 年，第一座半潜式钻井平台由一座坐底式钻井平台“蓝水 1 号”(BluewaterI45)加装立柱改造而成。1963 年第一座三角形半潜式钻井平台“海洋钻井者号”消灭，1964 年第一座长方形半潜式钻井平台“蓝水 2 号”消灭4。20 世纪 70 年月，半潜式钻井平台开头装上推动器， 便于拖航和定位。1973 年以后建筑的大多数半潜式钻井平台具有某种自航功能。1978

23、年建成第一座动力定位半潜式钻井平台 Sedco709 号。从第一座半潜式钻井平台的诞生至今将近半个世纪的时间里，半潜式钻井平台进展经过了屡次技术改造和革3。第一代半潜式钻井平台：20 世纪 60 年月，作业水深小于 106m (350ft)，构造型式不很合理且设备自动化程度低。如：Blue Water Rig No.l(1962)， Ocean Driller(1962)， Sedco135(1965)。其次代半潜式钻井平台：20 世纪 70 年月中后期，作业水深可达 304m(1000ft)，甲板可变载荷 3000-4000ST，设备操作自动化程度不高。如：南海 2 号、Sedco702/7

24、03 ，Stena Spey。第三代半潜式钻井平台：20 世纪 80 年月中期，作业水深达 608m (2023ft)， 甲板可变载荷约为 4000ST，构造较为合理，设备操作自动化程度不高，为20 世纪80， 90 年月主力平台，建筑数量最多。如：南海 5 号、南海 6 号、Atwood Hunter。第四代半潜式钻井平台：20 世纪 90 年月末，作业水深达 1524m5000ft，推动器关心定位，配有局部自动化钻台甲板机械，设备力量与甲板可变载荷都有提高。如：Jack Bates，Scarabeo、西方阿尔法。第五代半潜式钻井平台：20 世纪 90 年月末，作业水深达 2286m (75

25、00ft)， 甲板可变载荷达 7000MT，动力定位为主，锚泊定位为辅，配有全自动化的司钻房。如：Deepwater Horizon，West Venture， Aker-H3.2。第六代半潜式钻井平台：21 世纪初，作业水深达 3000m，船体构造更为优化， 重量减轻，配置双井架，DP-3 动力定位，全自动化掌握的钻井系统操作和甲板操作，平台可变载荷更大。如：West E-drill， Deepsea Atlantic， Aker-H6e 等。在建的深水半潜式钻井平台以第五、第六代为主，其中第六代共有 30 座(资料来源： rigzone 6，2023 年 6 月底统计，主要特点有:5(1)

26、 承受优良的设计，其可变载荷与总排水量的比值将超过 0.2 以上，总排水量与自重的比值将超过 4.0 。(2) 大的甲板可变载荷，大的平台主尺度，大的钻井物资 (水泥粉、粘土粉、重晶石粉、钻井泥浆、钻井水、饮用水和燃油等)储存力量。(3) 少节点、无斜撑的简洁外形构造。(4) 良好的船体安全性和抗风暴力量及长的自持力量，以适应全球远海、超深水、全天候和较长期的工作力量。10(5) 更大的工作水深，一般可达 3000m 以上。预料将来 20 年内将有工作水深达 4000-5000 m 的半潜式平台消灭。(6) 装备大功率的一代先进钻井设备、动力定位设备和变频发电设备。1.4.3 国际上半潜式钻井

27、平台进展趋势(1) 工作水深和钻深显著增加现有半潜式钻井平台额定作业水深从 500-3050m 不等，其中约有 45%的平台能够从事超深海钻井。2023 年末现有和在建的 175 座半潜式平台中，31 座工作水深超过 1829m(6000ft) ， 16 座工作水深超过 2286m(7500ft) ， 其中 IHI-RBF Exploration ，Deepwater-Horizon， Eirik Raude I 作水深达 3048m(10000ft)。 2023 年以后在建的深海半潜式钻井平台中有 16 座的额定作业水深到达3048m(10000ft)，有 2 座到达 3 810m(1250

28、0ft)。现有半潜式钻井平台钻深力量在 6000m19685ft)11430m(37500ft)。其中， 钻深力量为 7620m(25000ft)的平台最多，有 5 3 座，占总数的 51%；其次是钻深力量为 9144m(30000ft)的平台，有22 座。它们都能钻超深井，个别的还能钻井深超万米的井。在建的半潜式钻井平台钻深力量都到达或超过 9000m 。(资料来源： rigzone 6)。图 1-3 现有深水半潜式钻井平台的钻深力量(2) 适应更恶劣海疆5，6半潜式平台仅少数立柱暴露在波浪环境中，抗风暴力量强，稳性好。大局部深 海 半 潜 式 平 台 能 生 存 于 百 年 一 遇 的 海

29、 况 条 件 ， 适 应 风 速 达51.4-61.7m/s(100-120kn)，最大波高达 16-32m，流速达 1.0-2.1 m/s(2-4kn)。半潜式平台在波浪中的运动响应较小，钻井作业稳定性好，在作业海况下其运动幅值可为升沉 lm，摇摆 2，漂移为水深的 1 /20 。随着动力配置力量的增大和动力定位技术的进展，半潜式平台进一步适应更深海疆的恶劣海况，甚至可望到达全球全天候的工作力量。(3) 可变载荷增大承受先进的材料和优良的设计，半潜式平台自重相对减轻，可变载荷不断增大，以适应更大的工作水深和钻深。平台可变载荷与总排水量的比值，南海 2 号为 0.127， Sedco602 型

30、为 0.15， DSS20 型为 0.175。甲板可变载荷(含立柱内可变载荷)接近 9000MT，平台自持力量增加。同时甲板空间增大，钻井等作业安全牢靠性提高。(4) 外形构造简化半潜式平台外形构造趋于简化，立柱和撑杆节点的型式简化、数目削减。立 柱从早期的 8 立柱、6 立柱、5 立柱等进展为 6 立柱、4 立柱，现多为圆立柱或者圆角方立柱。斜撑数目从 14-20 根大幅降低，以至减为 2-4 根横撑，并最终取消各种形式的撑杆和节点。沉垫趋向承受简洁箱形，平台上壳体也为规章箱形构造， 且上壳体构造内设置层高 1.5m 左右的双层底。(5) 装备先进化深海半潜式平台装备了一代的钻井设备、动力定

31、位设备和电力设备，监测报警、救生消防、通讯联络等设备及关心设施和居住条件也在增加与改善，平台作业的自动化、效率、安全性和舒适性等都有显著提高。(6) 多功能化、系列化深海半潜式平台的造价较高，最大程度地利用平台在实际运营中受到关注， 很多平台具有钻井、修井、采油、生产处理等多重功能。配有双井系统的平台， 可同时进展钻修井作业。钻井平台上增加油、气、水生产处理装置及相应的立管系统、动力系统、关心生产系统、生产掌握中心等，即成为生产平台。平台利用率的提高降低了深海油气勘探开发的本钱。局部平台具有肯定批量性，如 Amethyst 系列 6 艘，Bingo9000 系列 4 艘，Sedco Expre

32、ss、West Venture 系列 3 艘，Development Driller， Odyssey， Sedco 700， Victory 等系列各 2 艘。小批量的系列化开发，缩短了设计、建筑周期，降低了设计、建筑本钱，利于技术的稳步进展。1.4.4 国内海洋石油钻井平台的进展概况我国现有半潜式钻井平台共 6 艘，包括自行设计建筑的“勘探二号”，该平台于 1984 年 7 月交付使用，工作水深仅为 200m，2023 年年底交付使用的海洋石油981 工作水深 300m，其余 4 艘：“南海 2 号”、“南海 5 号”、“南海 6 号”和“勘探四号”，均从国外进口，工作水深最深为 457m

33、，见表 1-17，8。我国在近 30 年内，没有自行设计和建筑超深水平台(除大连船厂依据国外设计，担当了工作水深 2500m，钻深力量 9144m 的 Bingo 9000 系列 4 艘半潜式平台的船体建筑工程外7)。国内拥有的钻井平台船龄大局部都在 22-32 年之间，虽然目前这些平台的设备状况良好，但是在设备配置上也仅增加了顶部驱动和泥浆泵， 作业力量方面已明显落后于当今第五、六代主力钻井平台的配置 9-12。而且，现有平台作业水深也无法进入南海深水区域，主要在中国近海海疆进展钻井作业，自主深水勘探开发尚为空白。表 1-1 国内现有的半潜式钻井平台序号船名获得方式作业水深m建筑日期购入时间

34、建筑地点1南海 2 号购置旧船304.81974 年1979 年挪威2南海 5 号购置旧船4571983 年1986 年挪威3南海 6 号购置旧船4571982 年1989 年瑞典4勘探 3 号国内研制2001984 年1994 年中国上海5勘探 4 号购置旧船6101983 年1994 年加坡6海洋石油 981国内研制30502023 年2023 年中国上海13我国海洋石油钻井平台进展主要差距 ：(1) 我国对移动式钻井平台的设计、建筑水平仅停留在 20 世纪 80 年月阶段， 没有资金、计算机关心设计技术及最软件设计手段进展常规移动式钻井平台的设计。(2) 没有较深水域钻井平台的设计建筑实

35、践与阅历，更无动力定位浮船和半潜式深水钻井平台的设计技术力量。(3) 在移动式钻井平台通用配备仪器的自给力量方面，尚有较大差距。比照国外深水和超深水钻井平台的快速进展，对于我国这样一个海洋大国， 实感自愧。为适应向海深 3000-6000m(占海洋总面积 73.83%)的深海石油，进展深水域海洋石油钻井采油装备，已经成为国际竞争的重要一环，也是今后较长时间进展的必定趋势。1.5 世界级深水钻井平台海洋石油 981我国南海油气资源丰富，周边国家争相开采，使我国领土被侵占、海疆被分 割、资源被掠夺，而我国在南海深水海疆油气勘探开发工作根本处于空白，重要 缘由之一是我国尚不拥有实施深水油气勘探开发的

36、技术和装备。为了保护我国南 海油气资源，实现南海深水油气资源的自主勘探开发，为了能够在世界深海油气 勘探开发的国际竞争中处于有利地位，我国必需打破国外技术垄断，把握深水油 气勘探开发前沿技术，拥有当今国际先进水平的自主学问产权的深水油气勘探开 发装备。为此，集团海洋工程，制定了南海油气勘探开发规划， 先期启动建筑一座深水半潜式钻井平台9。国家“十一五”863 重大工程“南海深水勘探开发关键技术及装备”(工程编号：2023AA09A 104)重点课题：“深水半潜式钻井船设计与建筑关键技术”三级子课题“钻井系统集成与重要设备争论”。勘探开发深海油气资源，深水钻井装备是关键，也是制约我国石油公司进军

37、深海的主要瓶颈。在深海环境下，钻井作业条件恶劣，对钻井系统安全性、牢靠性和自动化程度要求比陆地更高。如何选配一套高性价比，高牢靠性的钻井设备，并在有限的平台空间内优化布置，保证它们有机地集成、运行，是目标平台概念设计的重要环节。钻井设备的布置要在能够完成钻井作业工艺流程的前提下，考虑钻井平台空间的利用效率及人员安全，满足平台稳定性、平衡性等的性能约束，属于简单布局设计问题。争论钻井设备布置，目的是提高钻井平台作业效率及性能，保证工作人员安全高效的完成深海的钻井作业。日前，国产首座第六代深水半潜式钻井平台在上海外高桥造船顺当出坞，这标志着我国在具有当今世界最先进水平的海洋工程主流装备领域中实现了

38、重大突破。该平台由中海油投资、中国船舶工业集团公司上海外高桥造船建筑。表 1-2 海洋石油 981 技术参数技术参数主尺度最大作业水深钻井深度作业吃水生存吃水最大甲板可变载荷主柴油发电机推动器 最大航速定位方式生活区定员114m90m112m3050 m10000 m19 m16 m 9000 t55308 kW46008 kW8 Kn1500 m 动力定位158 人我国“海洋石油 981“属于第六代深水半潜式钻井平台，代表了当今世界海洋石油钻井平台技术的最高水平。建成后，它将成为我国首座自行设计、建筑的超深水半潜式钻井平台，具有勘探、钻井、完井与修井作业等多种功能，最大作业水深 3000 米

39、，钻井深度可达 10000 米。该平台设计自重 30670 吨，长度为 114 米， 宽度为 79 米;从船底到钻井架顶高度为 130 米，相当于 40 多层的高楼;电缆总长度 650 公里。平台总造价近 60 亿元。该平台拥有多项自主创设计，平台稳性和强度依据南海恶劣海况设计，能抵挡 200 年一遇的台风;选用大马力推动器及 DP3 动力定位系统，在 1500 米水深内可使用锚泊定位，甲板最大可变载荷达 9000 吨。该平台可在中国南海、东南亚、西非等深水海疆作业，设计使用寿命 30 年，平台的具体设计和建筑均在国内进展， 中国海油拥有其学问产权。平台入 ABS， CCS 双船级。我国目前只

40、具备 300 米以内水深油气田的勘探、开发和生产的全套力量，我国自行研制的海洋钻井平台作业水深均较浅，半潜式钻井平台仅属于世界上其次代、第三代的水平，国外深水钻井力量已经到达 3052 米，国内只到达 505 米水深。第六代深水钻井平台“海洋石油 981”的建成，将填补中国在深水装备领域的空白，使中国跻身世界深水装备的领先行列。该平台已经于 2023 年年底正式交付使用。第 2 章 平台稳定性及定位原理分析2.1 平台稳定性分析2.1.1 浮力漂移在水面或漂浮于水中的物体将受到静水压力静止或相对静止液体对其接触面上所作用的力称为流体静压力静水压力，其单位为牛顿 N或千牛顿kN的作用，其值等于物

41、体外表上各点静水压强的总和1。4如图 2-1 所示有一任意外形的物体漂浮于水下。和计算曲面静水压力一样，假设整个物体外表看做是三向曲面上的静水总压力可分为 3 个方向的分力：P 、P 、P 。xyz图 2-1 漂浮于水中的任意外形物体受力分析先计算水平分力 Px和 P 。今以平行于ox 轴的直线与物体外表相切，其切点构y成一根封闭曲线 abcd，曲线abcd 将物体外表分成左、右两半，作用于物体外表静水总压力的水平分力 P ，应为这两局部的水平分力P 和 P 之和。明显，左半部曲xx1x2面和右半部曲面在 y。z 平面上的投影面积相等，因而 Px1和 P 大小相等，方向相x2反，合成后在。x

42、方向合力 Px为零。同理，整个外表所受。y 方向的静水压力 Py也等于零。再争论垂直分力 P 。今以与oz 轴平行的直线与物体外表相切，切点形成一条z封闭曲线 ebgc，曲线把物体外表分成上、下两局部，则作用于物体上的垂直分力P 是上、下两局部曲面的垂直分力的合力。分别画两局部曲面的压力体，曲面degz上的垂直分力 P，方向向下；曲面aeg 的垂直分力 P，方向向上；抵消局部压力z1z2体 edgkj 后，得出的压力体的外形就是物体本身，其体积为 V，方向向上。因此，垂直分力 P 为：zP =r gVZ2-1以上争论说明：漂浮物体上的静水总压力只有一个铅直向上的力，其大小等于物体所排开的同等体积的水重。这就是阿基米德Archimedes原理。液体对漂浮物体上的作用力称为浮力，浮力的作用点在物体被漂浮局部体积的形心，该点称为浮心。在证明阿基米德原理的过程中，假定物体全部漂浮于水下，但所得结论，对局部漂浮于水中的物体，也完全适用。物体在静止液体中，除受重力作用外，还受到液体上浮力的作用。假设物体在空气中的自重为 G，其体积为V，则物体全部漂浮于水下时，物体所受的上浮力为gV。假设 G r gV 时，物体将会下沉，直至沉到底部才会停顿下来，这样的物体称为沉体。假设 Ge即定倾中心高于重心时，浮体